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f i f c网络综合监控管理系统的研究与 实现 摘要 随 着有线电 视的发展， h f c ( h y b r i d f ib r e c o a x 一光缆电 缆混合) 网的建设 得到了飞速发展，由于h f c网的宽带特性、丰富的频率资源、方便的接入手段 和相对较低的费用，人们非常希望将它用来综合信息的传输和多种增值业务的 开展。另外，近两年 一 系列的线路盗用和入侵也给 h f c网络的安全提出了更高 的要求。然而，目前 h f c网络的可靠性远远达不到综合信息传输和增值业务发 展的要求，同时其安全问题也急需解决。为此，就必须对 h f c网进行有效的监 控和管理。但是现在 h f c网络的监控和管理基本上处于一个无序的状态。h ms ( h y b r i d m a n a g e m e n t s u b - l a y e r s u b c o m m i tt e ) 标准是由 美国电 缆电 信z 程师协 会s c t e ( s o c i e t y o f c a b l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s e n g i n e e r s ) 在2 0 0 0 年1 0 月正式 提出的 h f c网络设备监控管理标准它的最大特点就是:标准化、开放性、互 操作性和即插即用。它是对 h f c网络的运行状态进行监测和控制的标准协议， 很可能将来成为未来 h f c网络设备管理的国际标准。h ms标准的提出使得开 发一种真正的 h f c网络监控管理系统成为可能，它引用了简单网络管理协议 ( s n m p v 1 . 0 ) ， 而s n m p 是目 前 运用最广泛的 网 络管理 标准。 木文从我国 广电 行 业和有线电视网络发展出发，在研究了网络监控管理和 h ms , s n m p等协议的 基础上，提出并实现了一种基于j a v a 平台、遵循h ms 和s n m p 标准的h f c网 络综合监控管理系统，介绍了中心系统软件、前置处理机和应答器的设计和实 现方案。系统在结构设计上是基于分布式计算环 境( d c e ) ， 并采用面向 对象的 方法设计和开发。本系统是一个集 h f c设备网管、综合环境监控、系统管理于 一 体的高度集成的管理系统。同时它又是一个可裁剪的模块化系统，可以根据 不同的用户需求组成不同规模的系统，适应各类大、中、小型规模的应用。一 方面可以实现 h f c网络的可视化管理，另 方面对 h f c网络的进行实时监测 和日 常维护该系统可靠性高、兼容性好、功能强大、可升级。 关键词h ms ; s n m p ; h m j a v a ;综合监控管理系统;前置处理机;应答器 复口人学硕 学位论文 h f c网络综合a控管理系 统的研究， : 实现 a b s t r a c t wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f c a t v , t h e c o n s t r u c t i o n o f h f c ( h y b r i d f ib r e c o a x ) n e t w o r k h a s b e e n r a p i d l y i n p r o g r e s s . b e c a u s e o f t h e b r o a d b a n d c h a r a c t e r i s t i c , a b u n d a n t f r e q u e n c y r e s o u r c e , c o n v e n i e n t a c c e s s m e a n s a n d l e s s i n v e s t m o n e y o f h f c n e t w o r k , p e o p l e a r e v e r y e a g e r t o d e v e l o p t h e i n t e g r a t e d i n f o r m a t io n t r a n s m i s s i o n a n d s o m e i n c r e m e n t s e r v i c e s b y h f c n e t w o r k . mo r e o v e r , s e r i e s o f l i n e e m b e z z l e m e n t a n d i n v a s i o n c r e a t e m o r e s e c u r i t y p r o b l e m s . b e c a u s e o f t h e l o w r e l i a b i l i t y a n d s e c u r it y o f t o d a y s h f c n e t w o r k , p e o p l e m u s t e f f i c i e n t l y m o n i t o r a n d m a n a g e t h e h f c n e t w o r k . h o w e v e r , t h e h f c n e t w o r k m o n i t o r i n g a n d m a n a g e m e n t s y s t e m i s o u t o f o r d e r n o w . h m s ( h y b r i d m a n a g e m e n t s u b - l a y e r s u b c o m m i t t e ) , a h f c n e t w o r k e q u i p m e n t m a n a g e m e n t s t a n d a r d , w a s b r o u g h t o u t b y s c t e ( s o c i e t y o f c a b l e t e l e c o m mu n i c a t i o n s e n g i n e e r s ) i n 2 0 0 0 . i t w i l l b e c o m e t h e i n t e rna t i o n a l s t a n d a r d o f h f c n e t w o r k e q u i p m e n t m a n a g e m e n t . i n t h i s p a p e r , w e p r e s e n t a h f c n e t w o r k m o n i t o r in g a n d m a n a g e m e n t s y s t e m s o lu t i o n b a s e d o n h ms a n d s n mp p r o t o c o l s . w e in t r o d u c e t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t io n o f t h e c e n t r a l s y s t e m s o f t w a r e , p r e - p r o c e s s i n g s y s t e m a n d t h e t r a n s p o n d e r . i t s d e s i g n i s b a s e d o n d i s t r i b u t e d c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t . we u s e j a v a a s o u r m a i n d e v e l o p i n g l a n g u a g e . t h i s s y s t e m c o n s i s t s o f h f c n e t w o r k e q u i p m e n t m a n a g e m e n t , e n v i r o n m e n t m o n i t o r in g a n d s y s t e m m a n a g e m e n t . i t c a n b e a p p l i e d t o m a n a g e , m o n i t o r a n d m a i n t a i n t h e h f c n e t w o r k i n d i f f e r e n t s c a l e . i t i s r e l i a b l e , c o m p a t i b l e , s t r o n g a n d u p d a t a b l e . k e v w o r d s h m s ; s n mp , h f c ; j a v a ; i n t e g r a t e d m o n i t o r i n g p r e - p r o c e s s o r ; t r a n s p o n d e r 复q . 大学硕 r 学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与 实现 第一章 前言 1 . 1广电行业和有线电视网络的发展 广播电视是我国最大的传播媒体，它提供从无线到有线的广播电视节目 传 播服务，拥有数量最多的信息受众体，是我国最大的广告、经济、市场、娱乐 和文化信息的搜集、生产、传播和提供者。随着我国有线电视事业的不断发 展厂播电视部门也在向数字传输业渗透，利用有线电视网开展以数据业务为 主的多功能应用已成为有线电视的发展方向，同时也 成为城市信息化建设的重 点之一。到 1 9 9 9年，全国已有中央电视台和全国 2 0多家省级电视台开通卫星 数字电视频道，我国广播电视系统己开始了向数字电视的转变。 近些年来，随着 “ 三网融合”趋势的加强，广电己经逐渐成为运营行业的 新生力量。广播电视有限公司拥有 “ 最后一公里”的优势，有线电视光缆和电 缆干线网共有 3 0多万公里，用户约一亿户;同时，有线电视网的光缆物理结构 ( h f c ) 具有丰富的宽带资源，一根铜轴光缆的承载量是电话线的几百倍，如果经 过 “ 单向变双向”的改造，能够向用户提供高达 1 g 的宽带接入速率，与电信部 门力推的 a d s l l . 5 m的数据传输速率相比，其带宽优势十分明显。当前接入 i n t e r n e t 服务 和享受网络所带来的便利己 成为大众生活的一部分， 远程教育、电 子商务等新兴网络服务己日趋成熟，在我国己有 1 5 0 0 0个各类网站和近千万互 联网用户:仅在上海就有千分之三的企业通过专线接入互联网，年底有数十万 居民将通过宽带方式接入互联网络;而在北京等地网上超市、网上电子商务给 服务商带来数亿销售额;在重庆招商银行己有 4 7 亿营业额在网上实现。目前为 单位或居民提供宽带网络接入，让用户真正享受网上冲浪的乐趣成为各级运营 服务商的迫切要求，广电部门有着无可比拟的优势，主要集中在:城市 9 0 %以 上的线路覆盖优势，大部分居民己接入有线电视网络，已建成的光纤同轴网将 大部分单位居民接入:有线电视线路的带宽优势:多网合一的集中优势:线路 设备的维护优势;运营服务的广告优势:宣传管理优势等。有线电视宽带综合 业务网提供的服务有:电视接收，为用户提供数十套高质量电视信号的基本服 务:工 n t e r n e t 互联，为网内用户提供网上浏览、检索、发布信息业务:专线接 入，为集团、单位用户提供专线接入i n t e me t 服务;中继业务，为用户提供点对 点连接或其它中继业务;we b主页，除提供 www 主页外可对用户提供主页 空间;数据检索，提供社会公众信息及政府部门专用信息服务;邮件服务，提 供邮件服务方便用户交往;图文电视，通过电视系统提供证券经济信息等服 复口人学硕 1 _ 学位论义 _一h f c im l 19 综 创 麟管 ff 系 统 的 研 灿实 现 务;会议电视，利用网络和数字视像技术实现异地会议;i p电话，全球 i p电话 用户每年以 2 3 9 %的速度增长，发展 i p电话已 成为一个新的业务增长机会: 其 它增值业务，远程教育、电子商务、电子收费、远程医疗、网络游戏等。市场 潜力巨大，广电正极力杀入电信领域:一方面，大力升级基础设施，进行双向 改造和全国联网;另一方面，以省级为单位组建网络传输公司，然后在此基础 上成立全国性的网络传输集团，进行大规模的企业化运作。 但是由于历史的原因，有线电视网络的先天不足，形成了它在信息网络界 中致命的“ 软肋” 。 第一，在双向改造方面，有线电视网络建设初期，主要是为单纯地传输广 播电视节目而建设，全部是按单向传播的要求设立的网络构架和技术标准。现 代信息网络除了 “ 互联” 之外，还有一个非常重要的“ 双向” 要求。 第_，网络不统一。广电网络的有线电视接入网都是山全国各省、地、 市、县分散建设并拥有的。全国大大小小的有线电视接入网有近 3 0 0 0 家，并且 接入网的投资主体不一，技术标准差异性较大，各接入网之间互不统属，业务 衔接困难。这种“ 一盘散沙” 的局面不符合现代信息网络运营“ 统一” 、“ 互联” 的 要求，也使广电网络在激烈的竞争中抗击风险的能力变得薄弱。建设优秀的网 管系统是提高 h f c网络服务质量和网络能力、保证网络运行质量、增加效益的 最根本手段。而要对如此不统一网络进行综合的监控管理则是一个巨大的难 题。现在有线电视的 h f c网络管理基本上处于一个无序的状态。早期那种独 立、互不兼容、低效的网络管理系统已经不适合 h f c网络的发展，而国内许多 有线电视网络甚至还没有网络管理系统，所以广大 h f c网络运营商非常需要一 种 丁 靠性高、兼容性好、功能强大、可升级和开放的h f c网络设备监控管理系 统。 1 . 2文章的主要工作 作者从我国广电行业和有线电视网络的发展出发，在研究了网络监控管理 基本概念和h ms , s n mp 等协议的基础r . ，提出并实现了一种基于j a v a 平台、 遵循h ms 和s n m p 标准的h f c网络综合监控管理系统。详细介绍了中心系统 软件、前置处理机系统和应答器的设计和实现方案。中心系统软件完全基于 j a v a 技术，实现了管理系统软硬件平台的高可移植性。通过使用服务器模块化 技术，可以方便地增减、调用和复用服务器模块组件，使得管理系统具有高度 伸缩性。系统完个基于 h ms和 s n mp等标准协议，使得系统具有高度的互操 作性和兼容性。同时系统也留有与传统非标准设备的接j ，使得系统具有现 复旦大学硕1学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与 实 现 实可操作性。中心平台提供了优秀的可视化工具，为用户提供了友好、直观和 简便的用户界面前置处理机系统在定制的 l i n u x系统上用基于 s o c k e t 的多线 程方式实现的。系统根据包括故障发现、故障处理与故障处理反馈在内的整个 故障的生命周期进行全程监控和管理。 1 . 3文章的内容与组织 论文共分四章。内容组织如下: 第二章是 h f c网络监控管理的相关知识介绍。首先，介绍了 h f c网络及其 双向改造，对 h f c网络监控管理的国内外现状作了分析。然后，介绍了网络管 理方面的基本概念，包括网络管理功能域，网络管理模型，网络管理体系结 构，网络管理协议和网络管理系统。 第三章论述了h m s 和s n m p 这两个本文的基础协议。从协议的提出出发，对 协议的体系和组成作了分析。 第四章详细介绍了本文的重点:基于h m s 和s n m p 协议的h f c网络综合监控 管理系统。本章详细论述了监控中心系统软件、前置处理机系统和应答器的设 计和实现。 第五章是对全文作了总结，同时未来作了展望。 复口 大学硕1 : 学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与实现 第二章 相关知识介绍 木章首先介绍了 状作 了分析。然后， h f c网络及其双向改造，对 h f c网络监控管理的国内外现 介绍了网络管理方a的基本概念，包括网络管理功能域， 网络管理模型，网络管理体系结构，网络管理协议和网络管理系统。 2 . 1 h f c 网络 ( h y b r i d f i b r e c o a x ) 2 . 1 . 1 h f c网络的形成 光纤传输是一种信息传输技术。早期的光纤传输先用于电信，后来才发 展、应用到广播电视领域。1 9 8 9年，世界迎来了有线电视光纤传输新纪元。 1 9 9 3年，掺饵光放大器开始商用，由此翻开了有线电视发展的新篇章。近些年 来，随着光纤、光缆、光器件和整机的价格下降，光纤传输在有线电视网络中 得到更大规模的应用。光纤主干线和光纤到小区的有线电视网络也大量出现， 形成光缆电缆混合网，人们简称之为h f c网络。 2 . 1 . 2 h f c 网络的双向改造 传统的 h f c网络是设计用来传输电视信号的，传输方式是单向的广播传 输。为了在原有的有线电视线路上传输数字信号，需要对原有的单向传输进行 双向改造，具体从以下几个方面入手: 第一，完成光纤网的铺设，即f t t b( 光纤到楼)。 第 l i需要对入户电缆进行频分。h f c网作为传输图像信息的网络，拥有 5 mh z -1 0 0 0 mh z 的频宽，通常一个电视频道仅使用 6 mh z 或 8 mh z的资源。 并且， h f c在一个 5 0 0户左右的光节点覆盖区域，可以提供 6 0路模拟广播电 视， 每户至少2 路电 话， 速率至少高达 l o m b / s ， 将来利用其 5 5 0 -7 5 0 m h z 的 频谱还可以提供至少 2 0 0 路 mp f g - 2的点播电视业务和其他双向电信业务。随 着数字压缩技术和高效数字调制解调技术在 h f c网上的应用，又能大大扩展有 线电视网络的频道容量和多功能服务的能力。在一个常规模拟电视频道中可以 传输 8 -1 0套数字压缩的标准电视节目，所以有线电视具备了开展三百至四百 套数字电视节目 和诸如视频点播类业务的能力。 由于光缆为多芯，可以看作不 同的网络，如一芯传视频、一芯传语音。在接入端，同轴电缆可以分成三段， 分别用于视频、语音与数据传输。经过这样的改造后，在入户线不变的前提 下 ，广电网实际上分成了三张网，能够分别开展不同的业务。 复口大 学硕上 学位论文 日 f c网络综合监 控管理系 统的研究 j 实现 第只，h f c网络在千线上采用光纤传输，用户分配网络使用同轴电缆，这 种光纤同轴电缆混合网络提高了图像质量，延长了传输距离，目前很多 c a t v 系 统都采用了 h f c网络。普通的 h f c网络是单向广播树型结构，电视信号只 能山前端向用户终端传输。为了使有线电视网成为宽带用户接入网，传统的 h f c网络开始向宽带化、双向化、数字化、多业务化方向发展。要利用现有 一 的 h f c网络开展宽带综合业务，必须将现有的单向 h f c网络改造成双向传输系 统。 双向h f c网络可以实现上下 行双向传输和数字与模拟的混合传输，能够同 时提供电话、模拟视频、数字视频和交互业务。要使 h f c网络从传统的单向传 输升级改造成双向传输，必须对前端、干线、用户分配网络和用户终端的设备 做相应的增加或改造。从技术实现上看，前端需要增加接收单元，不同的上行 信号要求不同的接收单元。如果回传电视和声音信号，就要采用频道处理器， 如果回传状态监测和其他数据信号，还要有计算机等具有运算、处理、显示信 息功能的设备。在干线上 必须增加双向滤波器，同时放大器中也必须增加反向 放大模块。在光节点中要增加用于数字传输的回传激光器，用户分配网络的同 轴电缆的带宽应升级至7 5 0 m h z 以上。 2 . 1 . 2双向h f c网络必须实现网络监控管理 随着有线电视网络的不断扩大，网络技术的不断发展，网络的规模及设备 的数量、种类与日剧增，有线电视的产业化需求，各项增值业务的开展，对网 络的可靠性、传输质量、服务质量提出了更高的要求，这为网络的管理提出了 挑战。事实上，管理好一个 h f c网络甚至比建设好一个 h f c网络更重要。过 去的单向h f c网络，主要用于传送电视和声音的广播，这对网络的可靠性要求 远不及对双向 传输信息的要求， 尤其是它的可靠性。网络规模的扩大和设备数量 的增加，系统可靠性会逐步降低。事实表明， 一 个中等规模的h f c干线网络， 在一年内平均出现信号中断的故障可能达数十次，由此而产生信号中断的时间 会长达数十小时。这对于利用双向h f c网络来经营数据和语音的营运者来说 肯定会带来灾难性的后果。如何管理好网络，及早发现并排除潜在的故障隐 患，全面提升网络的可靠性，保证网络有效稳定地运行，是网络设备提供者和 网络服务运营者都关心的问题。过去的单向网络，可以r , 是靠用户发现和投诉 来报告故障，靠维护人员的经验去判断和查找故障。这种落后的管理方式，这 必然会造成网络不时中断，严重的甚至会造成网络瘫痪，恢复的时间加长，维 护的成本增加。而要做到既防范于未然，又能节约维护成本，只有通过有效地 建立h f c网络监控管理系统来实现。 复口 人学硕 卜 学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与实现 2 . 1 . 3 h f c网络监控管理的现状 2 . 1 . 3 . 1网管的技术障碍 目前在 h f c 网络中运行的进口和国产设备中，户外设备除了部分进口电 源、光节点、双向放大器等设备带有网管接口外，国内厂商生产的光节点 ( 光 站)基本上都不具有网管接口，更不用说双向放大器和供电电源了。前端机房 设备主要是光发射机和光接收机，除了较早时期的设备外，大部分厂商都提 供了 网管的接口，但都采用了各自不同物理电气接口和自定义的非规范通信协 议。有部分厂家可以提供针对自家设备的简单的网管软件，这种的所谓” 网管， 有两个致命的弱点;一方面各家厂商的协议互相之间不兼容，因此只能管理自 家的设备，对于运营商来晚，通常有多家厂商设备在一个网络中使用，无法统 一 管理是一 个非常头痛的问题另一 方面，网管系统的物理接口多采用 r s 2 3 2 或r s 4 8 5 .操作软件一般为单用户p c版本，使用电缆将 p c与设备直接连接。 如果要实现总前端集中监控，网管数据的远程传输和协议转换都比较复杂，进 行二 次开发的工作量很大，如果自定义协议不公开，根本就无法进行二次开 发。另外，机房设备基于以太网接口 ( s n mp / i p )来进行管理是一个趋势，国 外 厂商 新推出的机型 一 般均基于此种接口， 但其管理信息库( mi b ) 尚未规范化， 均由厂商自己定义，所以也存在兼容性问题。因此，如何在一套网管系统中对 多家厂商的各种型号设备进行统一管理，同时保证系统的开放性、可扩展性， 以方便网络的扩容和升级，是困扰有线电视运营商和网管系统开发者的一大难 题 2 . 1 3 . 2解决途径 基于以上原因，h f c设备网管的技术障碍的核心内容就是解决开放性和兼 容性的问题。要达到这一目标，就必须制定统一的标准，建立整个 h f c网管系 统的管理模型，明确定义模型中的各个主体对象及其相互之间的接口规范，接 口规范必须标准化、公开化。只有遵循统一的标准，才能将所有的设备纳入统 一的管理范畴，实现真正意义上的网管。h f c设备厂商们也己经意识到这一点 并开始为解决问题做出努力和尝试。目前 s a . g i . a m. a c t e r n a、阿尔卡 特等主流厂商所推出的新一代网管系统均逐渐向 h ms标准靠拢。当然，要完 全实现h f c网络管理的全开放、全兼容还需要一个相当长的时间。 2 . 1 . 3 . 3国内商用h f c 网络监控管理的现状 相对于发达国家和地区而n，我国国内的 h f c网络设备管理起步较晚，国 内厂商的研发水平较低，而月 _ 在 h f c网管系统研发上的投入也不够，一些厂家 号称有网管，但实际上并不是真正意义上的商用网管系统。而国外网管系统虽 复口 人学硕 卜 学位论文 h f c网络综合监 控管理系统的 研究与 实 现 然在技术上有领先优势，但其价格非常昂贵，售后服务又跟不上，因此，在国 内的应用也不是很成功。因此长期以来各运营商虽然对网络管理有一 定的需 求，但限于网络条件、资金和缺少成功的范例等原因，使商用 h f c网络管理在 国内网络上的应用市场迟迟难以启动。近年来，随着双向 h f c网络改造大规模 地推进，加上国家、地方政府在政策上的扶持，h f c网络管理越来越多地被提 到各有线电视运营商的日程中来。尤其是 2 0 0 1 以来，各大有线电视台在网络改 造设备招标中，大部分都提出了网管方面的需求 ( 至少要求设备具有网管接 u，以方便以后能统一纳入到网管系统中)。与此同时，随着 h f c网管的国际 标准陆续颁布，国标的制定工作也己经有了很大的进展，得到了大部分 h f c设 备厂商的认同与支持，网管的开放性和兼容性问题有望逐步得到解决。我国广 电总局于 2 0 0 2 年上半年组织成立了 h f c网管国标起草小组，并开始启动 h f c 网管国标制定的工作。先后于2 0 0 2 年6 月和 1 0 月、2 0 0 3 年3 月和 1 0 月召开了 4次国标起草小组集中研讨会议。国标小组充分考虑了开放性以及与国际标准 的兼容性。基本指导思想是以 s c t e标准为主要参考，在通信接口协议上与之 保持兼容，同时结合我国的实际网络状况，适当增加或修正部分内容。整个起 草工作已于2 0 0 3 年结束。因此，我们认为，在技术和政策方面因素的推动下， 国内商用h f c网络管理系统的市场正在全面启动。 2 . 2网络管理基本概念 网络管理是控制一个复杂的通信网络使得它具有最高的效率和生产力的过 程。根据进行网络管理的系统的能力，这一过程通常包括数据收集自 动地 或者通过管理者的手工劳动，数据处理，然后提交给管理者，用于在网络操作 中使用。它可能还包括分析数据并提供解决方案，甚至可能不需要打扰管理者 而自 动处理一些情况，进一步它还可以产生对管理者管理网络有用的报告。本 小节主要介绍在网络管理中的一些基本概念，包括 5大网络管理功能域，网络 管理模型，网络管理体系结构，网络管理协议，网络管理系统。 2 . 2 . 1网络管理功能域 国际标准化组织( i s o ) 定义了网络管理的5 大功能域。 第一，故障管理是对网络中问题或故障进行定位的过程，包含三个步骤: 1 )发现问题; 2 )其次，分离问题，找出故障的原因; 3 ) 最后，修复问题 ( 如有可能)。 使用故障管理技术，网络管理者可以更快地定位和解决问题。故障管理最 复q . 大学硕 i : 学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与实现 主要的作用是:通过提供网络管理者快速地检查问题并启动恢复过程的工具 使得网络的可靠性得到增强。 第二，配置管理发现和配置网络设备的过程，包括三个方面内容: 1 )获得关于当前网络配置的信息; 2 )提供远程修改设备配置的手段; 3 )存储数据，维护一个最新的设备清单并根据数据产生报告。 配置管理最主要的作用是它可以增强网络管理者对网络配w的控制。这是 通过对设备的配置数据提供快速的访问来实现的。在比较复杂的系统中，它可 以是管理者能够将正在使用的配置数据与存储在系统中的数据进行比较，并且 可以根据需要方便地修改配置。 第二，安全管理是控制对网络中信息的访问的过程，它可以提供一种方 法，可以定期地监视在远程访问服务器上的访问点，并且记录下来哪个人在使 用该设备，也可以提供审计跟踪和声音警报方法，以提醒管理者预防潜在的安 全性破坏。 第四，性能管理可以测量网络中硬件、软件和媒体的性能。测量的项目可 能有:整体吞吐量、利用率、错误率或响应时间。运用性能管理信息，管理者 可以保证网络具有足够的容量以满足用户的需要。它的最大作用是帮助网络管 理者减少网络中过分拥挤和不可通行的现象，从而为用户提供一个水平稳定的 服务。使用性能管理，管理者可以监控网络设备和连接使用情况。收集到的数 据能帮助管理者判定使用趋势和分离出性能问题，甚至可能在它们对网络性能 产生有害影响前就予以解决。 第五，计费管理可以跟踪每个个人和团体用户对网络资源的使用情况，对 其收取合理的费用，这一方面可以维持网络的运行和发展，另一方面，管理者 可以根据情况更好地为用户提供他所需的资源量，并促使用户合理使用网络资 源它的主要作用:网络管理者能测量和报告基于个人或团体用户的计费信 启 、 ，分配资源并计算用户通过网络传输数据的费用，然后据此数据给用户开具 帐单 2 . 2 . 2网络管理模型 在网络管理中，一般采用管理者一代理的管理模型，如图2 - 1 复旦大学硕 学位论文 _h f c 网 络 综 合 监 控 管 理 系 统 的 研 究 与 实 现 管理系统 被管理系统 管理者管理操作 一一 一一-令 月一一 通知 执行管理操作 4 r .土二 二 通知 本 地 系 统被 管 理 对 象 图2 - 1 管理者一代理的管理模型 管理者可以是工作站、微机等， 一 般位于网络系统的主千或接近主干的位 置，它负责发出管理操作的指令，并接收来自 代理的信息。代理则直接管理被 管理设备，把来自管理者的命令或信息请求转换为本设备特有的指令，完成管 理者的指示，或返回它所在设备的信息。另外，管理者也可以把在自身系统中 发生的事件主动通知给管理者。管理者和代理之间的信息交换可以分为两种: 从管理者到代理的管理操作，从代理到管理者的事件通知。一个管理者可以 和 多个代理进行信息交换，这在网络管理中是常见的;而一个代理也可以接受来 自多个管理者的管理操作，但这时，代理需要处理来自多个管理者的多个操作 间的协调问题。 2 . 2 . 3网络管理体系结构 目 前为止，主要有两种网络管理体系结构:基于o s i 模型的公共管理信息协 议 c m i p ( c o m m o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n p r o t o c o l ) 体系结构和基于 t c p 八p 模 型的简单网络管理协议s n m p ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c o l ) 体系结 构 c m i p 体系结构是一个通用的模型。它能够对应各种开放系统之间的管理通 信和操作，开放系统既可以是平等关系，也可以是主从关系，因此它既能够进 行分布式的管理，也能够进行集中式的管理。 s n m p 体系结构最初是一个集中式模型。在一个系统中只有一个顶层管理 站，管理站下设多个代理者，管理站中运布 j 一 管理进程，代理者中运行代理进 程_ _ 者角色不可互换。在s n m p 第二版中，开始采用分布式模型，在这种模型 中，顶层管理站可以有多个，被称为管理服务器。在管理服务器和代理者之 间，加入中间服务器。管理服务器运行管理进程，代理者运行代理进程，中间 服务器在于管理服务器通信时运行代理进程，在与代理者通信时运行管理进 程 复只大学硕 1 学位论文 h f c网络综合肤控管理系统的研究与实现 c mi p 体系结构和s n mp 体系结构具有各自的优点。c mi p 的优点是通用和 完备，而s n mp 的优点是简单和实用。在实际中，c m i p 在电信网管理标准t m n 中得到了应用;而s n mp 在计算机网络管理，尤其是i n t e rn e t 的管理中得到了应 用。随着i n t e r n e t 的高速发展，s n mp 的影响也日 益增大，其自身也得到了 较快 的改善。 2 . 2 . 4网络管理协议 网络管理协议提供了一种访问由任何生产厂商生产的任何网络设备，并获 得一系列标准值的一致性方式。目 前，网络界主要有两种截然不同的网络管理 协议:由国际标准化组织 ( i s o )开发的公共管理信息服务/ 公共管理信息协议 c m i s / c mi p( c o m m o n ma n a g e m e n t i n fo r m a t i o n s e r v i c e s / c o m m o n ma n a g e m e n t i n f o r m a t i o n p r o t o c o l )和基ft c p / i p网络的简单网络管理协议 s n mp . 很多人觉得能够最好地满足网络管理者需要的协议簇是 o s i 网络管理协议 c m i s / c m i p . c mi s定义了 每个网络组成部分提供的网络管理服务。这些服务 在本质上是一般的，而不是特有的，c mi p是实现 c mi s 服务的协议。o s i 网络 协议意在为所有设备在 i s o参考模型的每一层提供一个公共网络结构。同样， c mi s / c mi p意在提供一个用于所有网络设备的完整网络管理协议簇，它的网络 管理进程使用 i s o参考模型中的应用层。也是在这一层，公共管理信息服务元 素 ( c mi s e )提供了应用程序使用 c mi p的手段。在这个第七层又包含两个 i s o 应用 协 议: 联 系 控制 服 务元 素a c s e ( a s s o c i a t io n c o n tr o l s e r v i c e e le m e n t ) 和 远 程 操 作 服务 元 素r o s e ( r e m o te o p e r a t io n s s e r v ic e e le m e n t ) 。 图2 - 2 显 示 了在 i s o参考模型中用于 c mi s的 c mi p协议 a c s e在应用程序之间建立和 关闭联系;r o s e 处理应用之间的请求/ 应答交互。 laver7 laver 6 laver 5 la ver4 l aver 3 laver2 管 理 应 用 层 cmise a cserose 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数 据 链 路 层 物 理 层 图2 - 2 在 i s o参考模型种的c mi p 协议 复口人学硕 卜 学位论文 h f c网络综合监控管理系统的研究与 实现 这些协议及其应用，构成了 i s o网络管理方案的框架结构。除了这些定义 在应用层的协议外，o s i 没有在低层特别为网络管理定义协议。 s n m p不像 c m i s / c m i p ， 它是按照简单和易于实现的原则设计的，本文在 应用层是基于s n mp的。 2 . 2 . 5网络管理系统 网络管理系统提供了一 组进行网络管理的工具，网络管理员对网络的管理 水平在很大程度上依赖于这组工具的能力。网络管理软件可以位于主机内，也 可以位于传输设备内。 一 个网络管理系统可以提供 5种网络管理功能 ( 故障管 理、配置管理、计费管理、性能管理、安全管理)，并提供图形化的用户界 面，这样的网络管理系统一般称为网络管理平台。 网络管理系统一 般有三种结构:第一种是建立一个管理整个网络的集中系 统;第 _ 种是建立一个分布在网络中的系统;第二种是把前两种方法结合在一 个层次型的系统中。 网络管理系统要为用户提供一个方便友好的界面并实现所有的网络管理功 能，因此，在实现一个完整的解决方案时应遵循以下准则: ) 系统必须提供一个图形界面，它可生成网络的层次性视图，允许在不 同层次之间的逻辑连接。它必须能够理解在层次结构中的连接，以及 它们与网络性能和功能之间的联系。这样的一 个适合层次型结构的图 形界面，可以绘制网络拓扑以及显示当前的网络拓扑结构。 2 )最好提供一个关系数据库接口，它可以存储和检索应用所需要的任何 信息。许多网络管理应用都需亚使用这类数据库，如果没有它，系统 就不能有 一 效地实现配置和计费管理，这些信息可被集中保存，并提供 历史数据和当前数据。 3 )系统必须提供从所有相关网络设备中收集数据的手段。 4 )系统必须易于扩充和客户化。因为没有一个网络管理系统能够建立成 包括所有的网络，因此系统必须便于增加网络管理者所需的应用和特 点。 5 ) 系统必须提供跟踪问题和事件的方法和手段。随着网络规模和复杂性 的提高，这种应用功能是非常有价值的。 6 )提供图形化的分析工具，这样管理者可以直观地观察到数据的变化情 况 。 复q 大学硕 卜 学位论义 h f c网络综合监 控管理系统的 研究与 实现 目前，网络管理系统的发展趋势主要有以下几点: i )真实地反映出问题的所在。一个能够反映真实问题的事件，胜过 2 0个 显示问题征兆的事件。这要求网络管理系统有一些推理的能力。 2 )和系统管理集成在起。随着计算机网络的发展，计算机系统管理和 网络管理之间的关系已经越来越密切了，因此把它们集成在一起是一 个重要的发展趋势。 3 )基于w e b 。这意味值额在网络上的任何人，只要拥有w e b 浏览软件，并 且有适当的权限，都可以从网络管理系统中浏览数据并做简单的配置 修改，但是它不能代替在控制台前的管理者。 的 业务外包。自己建立管理系统的另一个方案是选择一个网络管理公 司，也就是外包所有或部分的管理任务。 第三章 h m s 和 s n m p 协议 h ms 和s n mp 协议是本文的两个基础协议，本章将从协议的提出出发，对 这两个协议的体系和内容作详细论述。 3 . 1 h m s 协议 3 . 1 . 1 h m s 协议的提出与发展 h m s协议最初是在 2 0世纪 9 0年代末期由时代华纳 ( t i m e w a r n e r )、 a t 传输的电平和精度:实现数 据通信比特流和字节流的技术规范;数据载波传输信道的物理特性规范;数据 复口 大 学硕奎 学位论文 h f c网 络综合监 控管理系统的研究与 实现 调制解调的技术规范等，这些都在正反问信道的 h ms物理层通道和调制规范 中详细给出，见表3 - 3 .然后对协议中的名次和术语进行了详尽的解释。 特别值得注意的是:规范允许通信载波可调频，载波发送功率可自 动控 制。 项目前端控制器应答器 输出电平 + 4 0 d b mv - - + 5 1 d b mv + 2 5 d b mv + 4 5 d b mv 输出电平稳定度 士2 d bt 3 d b 输出电平步进 2 d b2 d b 输出频率 ( 参考北美标 准) 4 8 一1 6 2 m h z , 6 m h z 带宽 ( 频道 划分略) 5 - 2 1 m h z , 4 m h z 带宽 ( 频道划 分略) 发射机调i s 范围在每个确定的6 m h z 工作频率范 围内完全可调 在每个确定的4 m h z 工作频率 范围内完全可调频 输出频率步进 l o o k h z l o o k h z 输出频率准确度土l o k li z土l o k h z 尺 f 输出关断时间不适用l 秒 r f 输出正常状态下，工 作频道带外抑制 -6 5 d b c ，在正向频带上 ( 相对 于米调制的正向载波) -5 5 d b c ， 全频带内 寄生传导辐射不适用单口设备:-3 5 d b m v 5 - 1 0 0 0 m h z 双口设备，发射端口: 一3 5 d b m v 5 一2 0 0 m h z 一 1 5 d b m v 2 0 0 一1 0 0 0 m h z 双口设备，接收端口: 一 1 5 d b m v 5 一5 0 m h z 一3 5 d b m v 5 0 一1 0 0 0 m h z 频谱幅度 4 0 0 k h z 1 o o d b c / h z , 4 8 一 1 6 2 m h z - 1 2 d b 最大上升时间不适用i o o ps ( 从峰值电平的 1 0 % 到 9 0 % ) 最大下降时间不适用-1 0 0 p s ( 从峰值电平的9 0 % 到 1 0 % ) 发射机前沿时问不适用6 0 0u s - 1 . 2 m s 输入电平范i h l一2 0 d b r n v - +2 0 d b m v一2 0 d b m v - 20 d b m v 接收机调a范围在确定的a m h z 反向工作频率范 围内全可调 在确定的6 m h z 正向工作频率 范围内全可调 复旦人学硕 卜 学位论文 h f c网络综合ilk . 控管理系统的 研究r ; 实现 接收机频率步进1 0 0 k h zl 0 0 k h z 接收机噪声功率比 c / ( n + i ) ( 在b e r 优于 1 0 - , 的前 提下) 2 0 d b 一 2 0 d b 接收机的选择性在频带边缘处的c w 载波，比通 带内接收到的信号功率可高 + l o d b 在偏离接收机中心频率士 2 5 0 k h z 处的c w 载波，比通带 内接收到的信号功率可高 +l o d b r f 输入阻抗 7 5q7 50 r f 输入反射损耗)1 2 d b在整个反向频带上妻1 2 d b ( 见 2 . 7 . 2 1 ) 发送机的最大转换时间8 “s( 见 2 . 7 . 2 2 )1 5 “s ( 见 2 . 7 . 2 2 ) 发送机开关比不适用 6 0 d b 调制方法f s k , a f = 1 0 0 k h zf s k , f = 1 0 0 k h z 调制变换传号二f ,.+ a f ，空号二f 一 f传号= f , + q f ,空号二 f 一 f 通信速率3 8 . 4 k b p s3 8 . 4 k b p s 比特率精度士1 0 0 p p m士1 0 0 p p m 传号和空号的发送机功 率差 1 d b 2 d b 双向传输方式半双工 传输模式连续数据包传输，在数据包之间 为传 号 突发数据包传输，在未传输数 据包期间关闭信号 r 连接器野外型的 “ f ”头( 参见 a n